（分析化学专业论文）生物样品中有机氯农药和多氯联苯的分离与分析.pdf

摘要 有机氯农药( o c p s ) 和多氯联苯( p c b s ) 是普遍存在的人造环境污染物，它们可以 在生物体内通过食物链被放大到很高的浓度。由于它们的亲油脂性、稳定性和高毒性，有 机氯农药和多氯联苯很容易在任何存活的有机体组织内蓄积，并给它们带来有害的影响。 鱼类在水生态体系中处于食物链的较高层，它们可以用来作为水质污染程度的生物指示 体。本工作的目的就是在美国环保局推荐的u se p a s w 8 4 68 0 0 0 以及其它方法的基础上， 结合我们的实际，探索用来测定环境生物样品中有机氯农药和多氯联苯残留的方法，并用 它们来测试从官厅水库采集到的十一种小型鱼类中和鲶鱼体中十种不同组织器官中的有 机氯农药和多氯联苯残留，并且将这些数值和鱼类消费的卫生健康标准相比较。 对于有机氯农药，本文建立的方法的加标回收率范围是5 3 1 2 1 1 6 6 2 ，它们的方法 检测限不同的农药之间有很大的差异，范围从o o o 毕g 胜g 到o 0 私班g ( 湿重) 。对于十 一种小型鱼类，总的有机氯农药含量( 所检测到的1 6 种有机氯农药总和) 是5 0 5 2 9 1 即g l 【g ( 湿重) 。对于鲶鱼体内十种不同组织器官中的总的有机氯农药含量，是2 7 4 7 1 1 和班g ( 湿重) ，它们总的六六六和滴滴涕残留程度远低于中国国家食品卫生标准( 我 国规定对于淡水鱼类中总的六六六和滴滴涕残留限值分别是1 0 0 0 班g 和2 0 0 0 班g ( 湿 重) ) 。所以，现在的有机氯农药残留程度对于人或野生动物食用鱼类是安全的。 对于多氯联苯，本文建立的方法的加标回收率范围是5 1 5 9 1 0 8 4 5 ，它们的方法检 测限不同的多氯联苯单体之间有很大的差异，范围从o 0 0 1 眺g 到o 1 0 舡g l ( g ( 湿重) 。 对于十种小型鱼类，总的多氯联苯含量( 所检测到的所有多氯联苯总和) 是1 4 3 7 1 叩舭g ( 湿重) 。对于鲶鱼体内十种不同组织器官中的总的多氯联苯含量，是2 6 7 2 4 3 1 g 瓜g ( 湿重) 。这些数值远远低于美国食品药物局( u sh ) a ) 所规定的指导标准 对 于总的多氯联苯人的摄入限值是2 0 0 咄k g ( 湿重) 。 关键词：有机氯农药( 0 c p s ) 、多氯联苯( p c b s ) 、检测、生物样品、鲶鱼组织器官、小 型鱼类 a b s t r a c t o r g a l l o c l l l o r i n ep e s t i c i d e s ( o c p s ) a n dp o l y c h i o 血a t c db i p h e n y l s ( p c b s ) a r eu b i q u i t o u s a l l t h m p o g e n i cp o l l u t 锄t st h a tc a nb eb i 0 1 0 酉c a l l y 锄p l i f i e dt oh i 曲n c e n 帆i o i nf o o d 、v e b s d u et ot h e i rl i p o p h i l i c i t y ，p e r s i s t c n c ea i l dh i 曲t o x i d t i e s ，0 c p sa i l dp c b sa r e r e a d i l y a c c u m u l a t e di nt h et i s s u e s0 fn o - t 盯g e th 、，i n go r g a n i s m sw h e r em e ym a yc a u s ed e t r i m e n t a l e f l e c t s f i s ha r eo nt h et o po ff b o dw e di nt h ew a t e re c o s y s t e m ，t h e yc o u l db eu s e da s b i o i n d i c a t o rf o rc o n t 锄i n a tl e v e lo fw a t e r s t h ea i m s0 ft h i ss t u d yw e r et od e v e l o pm e t h o d s b a s e do nt h ea n a i y t i c a lm c t h o do fu se p as w - 8 4 68 0 0 0e t cf b rt h cd e t e m i n a t i o no f0 c p sa n d p c b sr e s i d u c si ne n v 的n m e m a lb i o t as 锄p l e sa n dt oi n v e s t i g a t et l l el c v e l sa n dd i s 胁u t i o o f o c p sa n dp c b si ns e l e c t c d1 1k i n d sh t n ef j s ha l l d1 0t i s s u e so fc a t f i s h 劬mg u a n t i n gr e s e r v o i r ， a n dt oc o m p a r et h e mw i t hh e a l t h - b a s e ds t a n d a r d sf b rf j s hc o n s u m p t i o n f o rt h e0 c p s ，t l l e 删e r i e s0 fo c p ss p i k e dj l lm a n j xw e r ej m er a n g eo f5 3 1 2 1 1 6 6 2 ， a n dt h ed e t e c t i o nl i l n i t sv a r i e df o rt h ed i m r e n to c p sa n d 瑚皿g c d 曲m0 0 0 毕g 瓜gt o0 0 铆眺g ( w c tw e i g b t ) 1 1 1 ec 0 c c n t r a t i o no f o c p s ( s 岫。儿6o r g 啪c h l o r i n ep e s t i c i d e sm e a s 盯e d ) i n s e i e c i e d1 1k i l l d sl i l t l ef i s hw e r e5 0 5 2 9 1 和蚝( w e tw e i 曲t ) a n di n1 0t i s s u e so fc a t f i s hw e r e 2 7 4 7 1 1 谳g ( w c tw e i g l l t ) t h er e s i d u el e v e l so f h c ha n d d d ti nc a t f i s hw e r ef a r b e i o wt h en a t i o n a lf o o ds t a n d a r do fc h i a ( 1 0 0 0 岸舭g ( w e tw e i 曲t ) f o r h c h 蛆d2 0 0 0 g 瓜g( w e tw e i 曲t ) f o r d d l ) a n do c p s n c e n t r a t i o i l sp r e s e t c dn c 9 1 i g i b l er i s kt ob o t h h u m a i l sa n dw i l d l i f e n s u m i n gt h ef j s h f o rt l l ep c b s ，t l l er e c o v e i i e so fp c b ss l 放e di nm a 仃i ) 【，c r ei i lt h er a i l g eo f5 1 5 9 1 0 8 4 5 t h ed e t e c t i o nu m i t sv a r i e df o rt h ed i 断c n tp c b sa n df a n g e d 舶mo o o 堆g k gt o0 1 0 单班g ( w e tw e i g l l t ) t h ec o n c e n t r a t i o o f p c b s ( s 眦o f 枷p o l y c l l l o d n a t e db i p h e n y l sm e a s m d ) i n s e l c c t e d1 1h n d sl i 仕l ef i s hw e r c1 - 4 3 7 1 毗g 瓜g ( 如e tw e i g h t ) a n di n1 0t i s s u e so fc a t f i s h 、e r e 2 6 7 2 4 3 1 眺g ( w e tw e i g i l t ) 1 1 1 e yw c r ef a rb e l o wt h ea m e r i c a ng l l i d e l i n et l l a tw a s s e tb yt h e f o o da n dd n l ga d m i n j s t m t i o n ( 2 0 0 即班gw e tw e i 曲tf o rd i e t a r yi n t a k e0 fp c b sb yh u m a n s ) k e y w o r d ： 0 r g a n o c h l o r i n ep e s t i c i d e s( o c p s ) 、 p o l y c h l o f i n a t e db i p h c n y l s( p c b s ) 、 d e t e m i n a t i o n 、 b i o t as 锄p l e s 、t i s s u c so fc a t n s h 、l j t t l ef i s h 第一章前言 1 _ l 课题背景、目的和意义 第一章前言 科技是把双刃剑，它在给人类社会带来高度的物质文明和社会繁荣的同时，也给人类 和环境带来了种种潜在的负面的问题，并使人类和环境为此付出了高昂的甚至是不可弥补 的代价。有机氯农药和多氯联苯的广泛使用和广泛禁止就是这方面的典型例子。 有机氯农药( o c p s ) 属于高效广谱农药。1 9 3 9 年，瑞士化学家p a u lm u l l e r 发现了滴滴 涕( d d t ) 有高效杀虫力，并于1 9 4 8 年合成了高效有机杀虫剂滴滴涕( d d t ) ，广泛用于农 业、畜牧业、林业和卫生保健事业，并因此获得了该年度的诺贝尔生理和医学奖，从此农 药的使用蓬勃发展，又相继合成了七氯、狄氏剂、艾氏剂、异狄氏剂、六六六( h c h ) 、 氯丹、硫丹和毒杀芬等，广泛应用于杀灭农业害虫和卫生害虫。但随着对化学农药作用认 知程度的深化和经验的积累，人们越来越深刻的认识到，作为人类科技进步一项重要成果 的有机氯农药，由于其性质稳定、挥发性不高，在水体、土壤和生物体内难以降解，易于 在生物体内富集，从而给生物和环境带来广泛的危害 i - 1 7 】。因此，发达国家从2 0 世纪7 0 年代起，禁止生产和使用有机氯农药，美国从1 9 7 3 年1 月1 日起禁止使用d d t ，欧洲许 多国家相继效仿。在中国，h c h 和d d t 的使用开始于1 9 5 0 年代，在1 9 7 0 年代到达高峰， 于1 9 8 3 年禁用。工业h c h 和d d t 曾是我国最主要的农药品种，在我国的累积产量分别 约4 9 1 0 6 和4 0 x 1 0 5 吨【1 6 _ 18 1 。 多氯联苯( p c b s ) 最早于1 8 8 1 年由德国科学家h s c h m i d t 和g s c h u t s 在实验室合成，是 一种无色或淡黄色油状液体，随氯代数目的增加，其状态由低氯代的液态变为高氯代的糖 浆状或树脂状。由于p c b s 具有良好的化学惰性、抗热性、不可燃性、低蒸汽压和高介电 常数等优点，被广泛的应用于电力行业，塑料加工业、化工和印染行业等。1 9 2 9 美国首先 开始商业生产，随后德国、日本、英国、法国、苏联、瑞典、荷兰、中国等国相继生产。 据估计到多氯联苯( p c b s ) 被全面禁止生产时，全球的总产量约为1 2 0 万吨。我国年于1 9 6 5 年开始多氯联苯( p c b 3 和p c b 5 ) 的生产，1 9 7 5 年宣布停止。十年问，总共生产了约1 力 吨，其中1 0 0 0 吨( p c b 3 ) 用于油漆添加剂，9 0 0 0 吨( p c b 5 ) 用于电容器和变压器。( 注： p c b 3 相当于加o d o r l 2 4 2 ，p c b 5 相当予o d o l l 2 5 4 。) 早在2 0 世纪6 0 年代，科学家在分 析鱼体中农药残留时，发现了p c b s 的存在。随后的全球环境监测中，从北极的海豹、南 极的海鸟蛋，从海洋、土壤、水及大气，从食品到人乳都检测出了p c b s ，充分表明p c b s 对人类环境污染范围相当广泛，可以说是无处不在 1 9 。动物实验表明，p c b s 对皮肤、肝 1 第一章前言 脏、肠胃系统、神经系统、生殖系统和免疫系统等都具有诱导效应。部分p c b s 同类物会 影响哺乳动物和鸟类的繁殖，对人类健康具有潜在致癌性【2 0 ，2 ”。据估计，全世界生产的p c b s 约有2 0 3 0 万吨已经进入人类环境【列。我国的p c b s 虽然也已经停止生产二十几年，但其 在理化性质上的高度稳定，不宜降解和和易在生物体类累积放大，已进入环境的p c b s 在 相当长的时间内对环境产生影响【2 3 舶】。 越来越多的研究表明，一些人工合成的有机物质具有动物和人体某些激素的活性，这 些物质进入环境中，能干扰生物体内分泌系统的正常机能，从而影响生物体的健康，导致 人类和野生动物的生殖系统障碍与疾病。自上个世纪3 0 年代近期至今国际上发生了一些 重大环境污染事件，给环境和人类带来巨大的灾难。如：发生在日本八大公害事件之一的 米糠油事件( 1 9 6 8 年，多氯联苯污染) ；土耳其卟啉症事件( 1 9 5 0 年中期，六氯苯污染) ； 越南橙剂污染事件( 1 9 世纪6 0 7 0 年代，二嗯英污染) ；意大利的塞维索化学污染事件( 1 9 7 6 年，二嗯英污染) ；台湾油事件( 1 9 7 9 年，多氯联苯污染) ；美国的拉芙运河事件( 1 9 8 0 年，二嗯英污染) ；我国浙江温州、台州多氯联苯污染事件( 1 9 8 0 年代) ；比利时污染鸡事 件( 1 9 9 9 年，二嗯英和多氯联苯污染) ；广东贵屿等地的电子垃圾污染事件( 自2 0 世纪 9 0 年代开始，重金属、二嗯英污染) ；乌克兰总统候选人尤先科二嗯英中毒政治事件( 2 0 0 4 年1 2 月) 以及最近发生的松花江苯污染事件( 2 0 0 5 年1 2 月) 等等。所有这些都促使人们 采取一致行动和共同努力，保护环境和人类免受有毒化学品的危害。国际社会通过全球调 查、筛选、风险评估和讨论等程序，确定了十二种优先控制的有机污染物，并于2 0 0 1 年5 月2 3 日在瑞典首都斯德哥尔摩签署了消除和控制持久性有机污染物( p o p s ) 的国际公 约一一关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约( 简称p o p s 公约) 。至今已有1 5 6 个国家签署、8 8 个国家批准了该公约。2 0 0 4 年1 1 月1 1 日p o p s 公约对我国正式生效。 首批列入受控名单的持久性有机污染物( p o p s ) 包括以下三类1 2 种p o p s ： 1 有意生产的杀虫剂类持久性有机污染物( p o p s ) ，包括：艾氏剂、氯丹、狄氏剂、 滴滴涕、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬 2 有意生产的工业化学品，包括六氯苯( 同时也是副产物和杀虫剂) 和多氯联苯( 也 是副产物) 3 无意产生的副产物类化学品，包括多氯代二苯并对二嗯英和多氯代二苯并呋喃； 持久性有机污染物一( p e r s i s t e n t0 r g a n i cp o l l u t a n t s ，p o p s ) 是指具有长期残留性、生物 蓄积性、半挥发性和高毒性，难以通过物理、化学或生物方法降解，因而能够通过各种介 质( 空气、水和迁徙动物) 迁移到远离释放源的地方，对生态环境和人类健康具有严重危 2 第一章前言 害的有机化合物 5 9 】。p o p s 具有以下四个显著特性： 1 持久性，即长期残留性，在空气中半衰期应大于两天，在水中的半衰期大于两 个月，或在土壤沉积物中的半衰期大于六个月，在人体和动物体内则从1 年到 1 0 年。实际上，从研究结果看，列入公约的1 2 种p o p s 在环境介质中的残留时 间要原远大于以上界定值。 2 生物蓄积性，在水生物种中的生物浓缩系数或生物蓄积系数大于5 ，0 0 0 ，或水辛 醇分配系数l o g k o w 值大于5 。正是由于其憎水性和脂溶性的特征，p o p s 能被 生物体富集，并随着食物链营养水平的升高而得到生物放大，最终威胁到处于 食物链最高营养级的人类。 3 半挥发性，具有远距离环境迁移的能力，能够通过空气、水或迁徙物种进行远 距离迁移，由于其具有持久性和半挥发性，使之成为全球性污染物。 4 有毒性，对人类健康和环境产生不利影响，1 2 种p o p s 全部都是环境内分泌干 扰物( e e d s ) ，对人体健康危害见表1 1 。 表1 1 十二种持久性有机污染物对健康的影响 化学物对人体健康的影响 艾氏剂汹d r i n ) 肝功能障碍、致癌 氯丹( c h l o r d a )损害免疫系统、致癌 狄氏剂( d i e l d 血)肝功能障碍、致癌 滴滴涕( e n d i i n )损害生殖系统、致癌 异狄氏剂( e n d 血)妨碍人体发育、致癌 七氯饵c p t a c l l l o f ) 损害生殖系统、致癌 灭蚁灵( m i r e x ) 致癌 毒杀芬f i b x a p h c n e ) 引起甲状腺肿瘤、致癌 六氯代苯饵a ” 损害免疫和生殖系统 多氯联苯( p c b )抑制免疫系统、致癌 多氯代二苯并对二啄英( p c d d )损害生殖和免疫系统、致癌 多氯代二苯并呋哺( p c d f )损害生殖和免疫系统、致癌 目前，环境中p o p s 污染及其引发的一系列问题已经引起了世界各国尤其是欧美和日 本等发达国家政府、政府间组织和国际组织的广泛关注。特别是关于p o p s 环境污染水平、 形态变化、迁移转化、积累、归宿、毒理等研究已经引起了国际学术界、产业界的高度重 视，有关这类物质的环境行为和环境生态风险评价已经成为国际环境领域的研究热点。 3 第一章前言 我国p o p s 污染形势严峻，作为一个生产和使用p o p s 的大国，除了没有生产艾氏剂、 狄氏剂、异狄氏剂外，在2 0 世纪5 0 _ 8 0 年代曾大量生产和使用d d t 、毒杀芬、氯丹、灭 蚁灵和七氯等5 种有机氯农药，在1 9 8 2 年后，七氯和毒杀芬禁止使用；六氯苯主要用于 生产五氯酚和五氯酚钠的中间体、农药溶剂和化学助剂：p c b 主要用做电容器介质和油漆 添加剂，中国在1 9 6 5 1 9 7 4 年问商业化生产过p c b s ，累计产量超过1 0 ，0 0 0 吨，加上进口， p c b s 污染物的存有量在2 万吨左右；我国拟将申请d d t 、六氯苯、氯丹、灭蚁灵豁免， 在5 或1 0 年的豁免期内限制生产和使用。作为副产物的二嗯英和呋喃，其排放源在我国 广泛而大量的存在，涉及到冶金、化工、造纸、水泥等影响国计民生的重要行业。目前有 相当多的关于我国环境( 农田土壤、江河湖泊水体、底泥和近海海域水体中) 、农作物、 水果、茶叶、肉类、动物体和人体组织中均能检出p o p s 的报道【4 7 。58 1 。 由于受经济和科技发展水平的限制，国内关于p o p s 污染的基础研究和应用研究还是 相对薄弱的，研究的深度和广度要落后于发达国家。对我国p o p s 污染现状调查不充分， 本底值不清，对p o p s 在各种环境介质中的迁移转化行为及其毒理研究不足。本工作主要 研究在现有条件下分析有机氯农药( 0 c p s ) 和多氯联苯( p c b s ) 的适合的方法，并应用于生物 样品的分析，为进一步研究它们在各种环境介质中的迁移转化行为及其毒理研究创造条 件。 1 2 有机氯农药( o c p s ) 的理化性质 有机氯农药的物理化学性质列于表1 3 ，主要包括溶解度、饱和蒸汽压、土壤吸附系 数、辛醇水分配系数、水解常数等。过去曾经使用的部分有机氯农药的结构列于表1 2 中。 下面就几种典型的有机氯农药的物理性质和用途进行简单总结： 六六六( h c h )白色至灰白色颗粒固体或粉末，能耐高温、光线及酸性环境，但遇 碱易分解破坏。有强烈异臭、嗅觉阈为o 0 2 m g l ，有若干种异构体，只有丙种异构体( 丫- h c h ， 即林丹) 具有杀虫效果。用于防治蝗虫和其他农业害虫。六六六在土壤中消失时间为6 5 年。 滴滴涕( d d t ) ，白色，水晶状，无味几乎无嗅的固体。工业级的滴滴涕主要由三种 形式组成：p ，一d d t ( 8 5 ) ，o ，p 一d d t ( 1 5 ) ，和o ，o 一d d t ( 痕量) 。d d e 和d d d 是和d d t 相似的化合物，也是它在环境中的降解产物，这两类污染物在工业级的滴滴涕中有少量存 在。曾被广泛用于防止疟疾、伤寒及其它由昆虫传染的疾病和用于控制多种农业作物疾病。 d d t 在土壤中半衰期为残留1 0 至1 5 年。有机氯农药的脂溶性决定了它在人体脂肪中的蓄 4 第一章前言 积。有的高达10 i i l 眺g 。 七氯，白色结晶状固体，对目光、空气、高温及酸碱等均较稳定，故残留期较长。主 要用于杀死土壤中的昆虫和白蚁，也广泛用于杀死棉花害虫、蝗虫、农作物害虫及携带疟 疾的蚊子。 毒杀芬，黄色蜡状固体，挥发性较小，在1 0 0 1 5 5 时可分解，日光、碱类及金属化 合物均可促进其分解，故不及其它有机氯农药稳定。 氯丹是一种人造杀虫剂，其工业品是一种复杂的混合物，无色到琥珀色粘稠的液体， 有少量刺激性气味，含氯丹6 0 7 5 。氯丹一氯丹是一种广泛用于农业作物和控制白蚁等的 广谱杀虫剂，在土壤中，它可以牢牢附着在颗粒物上，有很强的持久性，可以残留2 0 多 年。 艾氏剂，白色晶体，挥发性介于d d t 和氯丹之间。是一种应用于土壤中，用于杀死 白蚁、蝗虫、玉米食虫及其它害虫的杀虫剂。艾氏剂在土壤中消失时间为3 年。 狄氏剂，白色结晶，挥发性小，对一般酸、碱、金属盐类，高温与某些氧化剂均较稳 定，其残留期与d d t 相仿。狄氏剂主要用于控制白蚁及纺织品害虫，同时也用于控制昆 虫引起的疾病以及农作物土壤中的昆虫，半衰期为5 年。 异狄氏剂一这种杀虫剂用于喷洒在棉花和谷物等农作物的叶子上，同时也用于控制老 鼠和野鼠等啮齿类动物。狄氏剂在土壤中消失时间为8 年，也有报道说它的半衰期更长， 可在土壤中持续存在1 2 年。 六氯苯( h c b ) 在1 8 2 4 年由f 啪d a v 首次合成，于1 9 3 0 年代开始商业性生产，其理 化参数见表1 3 。六氯苯是一种白色单斜晶体或结晶固体，在水中很难溶解，但很容易挥 发，具有很强的抗降解性，因此能在活性有机体的脂肪中富集。六氯苯既可用做杀虫剂类 和工业化学品，又是意外副产物，它在水体和大气中的半衰期是2 7 6 年，在土壤中的半 衰期可能大于6 年。 一般来说，有机氯农药一般是结晶状或粘稠状液体，属半挥发性。不易溶于水而易溶 于有机溶剂、植物油和动物脂肪中，易为生物体富集。性质稳定，在环境中分解破坏缓慢， 半衰期相当长。 5 第一章前言 表1 2 部分有机氯农药的结构 c i c 1 7 、廖 。7 、莎7 c i 。e 辽 d c 、么介 c t 、趴么l c l 丁沙 c ic t 、z 百产么l a h c hb h c h廿h c h d h c h c c b 售c 1 2 c h c l 2 甲l午c 1 9 。l d 声“q 。了。d 、。( 了“q 。“q 。 p ，p - d d tp p 7 - d d ep ，p - d d do ，p7 - d d t 。x 。霄l 。魂 。垮。趣a 塑 a l d r i nd i e l d t i ne n d i i h e p t a c h l “ 垮。d 凌。 a 蕊a。壤i a 芦 v - c h l o r d a n e 蛮 。趣。 。劈。龄 h 2 m i r e x t 0 x a p h e n e 6 专鼍鼍t 耋l ；耋枣量套善意衰量专专蚕葛专喜 爱曩安爰爱爱爱安曩支曩罡爱安g 爱里 门凸寸卜卜卜oo n一寸 一nnnn寸 卜昏 h 一凸凸 h_ 一 一 量兽景要是曩曩爱专曼晏是昌雹驾曩暑驾 hhh _ _ 一一_一一 h譬譬_一h 叫 o 叫叫q o 焉要是霉磊；：焉暑翟三。焉黑蠢n卜卜卜h 西 一 nn n n 。 专萼堇薹茎藿耄童藿专专专专毫专喜喜 寸 卜“一一 一 一 一一 ” n口 鼍1 藿熏童童童毫善专善专专专鼍熏专专专 羹蚕晷 嚣再蠢景景演暮暮暮喜蕈釜茎季 瓣l | | l 嘲阳垂囊茎薹羹茎妻鎏童薹童塞妻萋蠢薹童薹萎 ，o【x口 出磺 蟥甲噼旨 蟥早 捌甾椿女撂 索埠术龌； 缢戗嚣昧幂妪蒹球 幕噬嚣 幕避权 凸o o d a叫口- d l l 口- 1 4 d u i i pl u i 王i 上 i u h _ i u l i 吉将堠长 瞄u 一殳j口uo|v ( 。n n 口o l j _。 3 h 坦虻糕 螂胜辫 嘁忡求 窘一咎国璺0 s 如基 芎一峰掣扑晕割霉s糯娠暴忙-_懈 怔柱褂l 蠊 第一章前言 1 3多氯联苯( p c b s ) 的理化性质 多氯联苯( p o l y c h l o r i n a t e db i p h e y l s ，p c b s ) 由联苯氯代生成。联苯有1 0 个位置可以 发生取代，理论上共有2 0 9 种异构体和同类物。其结构示意图如图1 1 c ( m + n - 1 1 0 ) ( m + n = l - 1 0 ) 图1 1p c b s 结构示意图 p c b s 是非极性化合物，是一种无色或淡黄色油状液体，随氯代数目的增加，其状态 由低氯代的液态变为高氯代的糖浆状或树脂状。它在水中的溶解度很小。大体上，其溶解 度随氯代程度的增加而减小。但也有些例外，如十氯联苯的溶解度是2 ，2 ，3 ，3 ，4 ，4 ，5 ，5 八 氯联苯的2 倍。具有相同数目氯原子的氯代联苯的溶解度也因取代位置的不同而不同。由 于p c b s 对沉积物和有机质具有很强的亲和性，易于吸附到悬浮物和沉积物上。溶解态的 有机质可以提高p c b s 在水中的浓度【6 1 】。p c b s 还可以较快地吸附到塑料和玻璃容器上。 p c b s 物理化学性质很稳定，耐酸、耐碱、耐腐蚀，其稳定程度随氯原子数的增加而 增加。当p c b 分子中含有4 个以上氧原子时，在常温下不能燃烧或氧化，且随原子数变化， 可能为液态、水饴液状或树脂状。其中共平面的p c b 同类物具有类二恶英毒性，它们的分 子中含有4 个或4 个以上的氯原子，邻位最多有1 个氯原子。 1 9 2 9 美国首先开始商业生产p c b s ，生产商重要是m o n s a n t 0 公司，随后德国、日本、 英国、法国、苏联、瑞典、荷兰、中国等国相继生产。其商品名称各国不一，如a r o d o r ( 美) ，p h e n o c h l o r ( 法) ，c l o p h e n ( 西德) ，k 蛐e c l l l o r ( f j 本) ，f e n c h l o r ( 意) ，s o v o l ( 前 苏联) 。在美国，还使用号码数字命名各种多氯联苯的名称，即头两个数字代表分子的类 型，如1 2 表示氯代联苯，2 5 或“表示氯代联苯和氯代三联苯的混合物，后两个数字代表 氯的重量百分含量，如a r o d o r1 2 2 1 ，1 2 3 2 ，1 2 4 2 ，1 2 4 8 ，1 2 5 4 ，1 2 6 0 等，平均氯含量分别为 2 1 ，3 2 ，4 2 ，4 8 ，5 4 ，6 0 。我国曾生产两种p c b 商品，p c b 3 ( 相当于a r o d o r1 2 4 2 ) 和 p c b 5 ( 相当于a r o c l o r1 2 5 4 ) ，分别用于生产电容器和油漆添加剂。由美国生产的p c b a r o c l o r 系列商品曾在世界各地广泛的使用，如胁c l o r l 2 2 1 ，a r o c l o r1 2 3 2 ，a r o d o “2 4 2 ， a r o c l o r1 2 4 8 ，a r o c l o r1 2 5 4 ，a r o d o r1 2 6 0 ，a r o c l o r1 2 6 2 ，a r o d o r1 2 6 8 ，a r o d o r2 5 6 5 ， a m d o r4 4 6 5 ，a m d o r5 4 4 2 。常见的几种商品理化参数见表1 4 。 第一章前言 9 第二章0 c p s 和p c b s 的分析方法概述 第二章o c p s 和p c b s 的分析方法概述 2 1 样品分析的一般过程 当样品经过采集、取样后，就进入样品分析阶段。o c p s 和p a b s 的样品分析又可以分 为样品前处理和仪器分析两个部分。随着分析仪器自动化程度以及灵敏度、精密度的提高， 样品分析的好坏关键在于样品前处理。 样品前处理是连接样品和分析的桥梁，也就是将样品经过一系列的处理步骤，使样品 中的目标分析物得到提取、净化、浓缩，使之适合于我们选用的分析方法的分析。对于属 于持久性有机污染物( p o p s ) 的有机氯农药( o c p s ) 和多氯联苯( p c b s ) 来说，它们的 样品前处理一般包括提取和净化两个步骤。 2 2 样品的提取 样品的提取是从各种样品基体中定量地将目标分析物提取出来。样品的提取包括两个 方面，即提取方法和提取溶剂。 2 2 1 提取方法 根据样品的物理性质的不同，采用不同的方法对样品进行提取。 1 ) 分液漏斗液一液萃取，应用于从水样中提取和浓缩的水不溶和水微溶的有机物， 也用于提取液体状的生物样品盼船舶“】，使用分液漏斗将量好体积的样品进行液一液提取， 如果在溶剂与样品两相之间形成乳浊液而用机械方法不能破乳时，应用连续液一液萃取方 法。 2 )连续液一液萃取，应用于从水样中提取和浓缩的水不溶和水微溶的有机物，萃取 溶剂的比重必须大下样品的比重。也可以设计一种连续萃取装置使用于比重比样品小的萃 取溶剂，分析者在应用此法萃取样品前，必须证明任一种这样的自动萃取装置的有效性。 分液漏斗液一液萃取方法中关于溶剂一样品相分离的局限性应用此法就没有影响。 3 ) 索氏提取，应用于从固体如土壤、污泥、废物以及部分含水量较少的生物样品【”8 中提取非挥发性和半挥发性有机物。应用本法时必须预先使固体样品与无水硫酸钠充分研 磨混合均匀，然后置于提取套简中，在索氏提取器中用适当的溶剂提取。由于索氏提取方 法保证了样品基体与提取溶剂的充分密切接触，因此作为一种经典的方法，许多新出现的 法保证了样品基体与提取溶剂的充分密切接触，因此作为一种经典的方法，许多新出现的 第二章o c p s 和p c b s 的分析方法概述 提取方法都要和它做方法对比 6 9 一”。 4 ) 超声波提取，是从固体如土壤、污泥和废物中提取非挥发性和半挥发性有机化合 物的方法，也有人将它应用于一些生物样品的分析 7 2 。7 3 】。超声波作用过程保证了样品基体 和提取液的密切接触。基于样品中有机物的预计浓度，本方法分为两部分，即低浓度方法 ( 单个有机组分 2 0 r n k g ) 。低浓度方法用较大 的样品量和更严格的提取步骤( 浓度较低提取更难) ，取3 0 9 样品和无水硫酸钠混合研磨 使形成自由流动的粉末，用超声波作用进行溶剂提取3 次，用真空过滤或离心使提取液与 样品分离。高浓度方法简单得多，因而提取比较快速，取2 9 样品和无水硫酸钠使形成自 由流动的粉末，用超声波作用进行一次溶剂提取，取一份提取液做净化和分析。超声波提 取应采用带喇叭形金属探头的超声波器，提取时金属探头尖端的下部表面放于溶剂表面以 下约1 2 英寸，但在沉积层之上i7 4 1 。 5 )固相萃取，应用于从水样中提取和浓缩的水不溶和水微溶的有机物，因为选择不 同性质的固相物质它的选择富集性就不同，因此它也被广泛用作一种净化手段【7 5 7 9 $ 0 1 。固 相萃取与液一液萃取技术相比有许多优点，它可以提高萃取的选择性，灵敏性，可进行大 体积样品的处理，简化操作步骤，节省处理时间，并且方法稳定可靠，重复性好。但它也 有易阻塞、失效等缺点。 在固相萃取的基础上，又发展了固相微萃取技术【8 1 】，不但广泛的应用于液体样品的前 处理中，而且也有人把它应用到了对固体样品提取液的净化过程中【7 6 1 。 此外，随着科技的发展，有许多新的提取方法不断涌现出来，如超临界流体提取【7 7 】 ( s f e ) 、高压流体提取【7 0 l ( p f e ) 、微波提取【硎( m a e ) 等等，这些方法大都具有提取时 间短，溶剂用量小等优点。 2 2 2 提取溶剂 提取溶剂的选择是根据目标分析物的性质以及样品的性质，选择适合的溶剂把目标分 析物提取出来，从而避免不必要的杂质的共提取。一般来讲，对于生物样品，溶剂的极性 越大，所提取出来的物质( 大多为脂类等有机大分子物质) 越多i 吲。常用的提取溶剂为丙 酮、石油醚、正己烷、戊烷、二氯甲烷、甲苯等等以及它们之间不同配比的溶剂f 8 3 8 9 1 。 2 3 样品的净化 除了个别较为干净的样品( 例如对于一些水样) 外，将样品提取后都需要把萃取液进 行一些净化处理，才能进行仪器分析。因为将萃取液直接注射到气相或液相色谱仪中会造 1 l 第二章o c p s 和p c b s 的分析方法概述 成无关的色谱峰，峰的分辨率和柱效恶化，及检测器灵敏度下降，并能严重地缩短昂贵的 色谱柱的寿命。 对于有机氯农药和多氯联苯的样品净化，一般包括三个方面，即除脂( 对脂类和有机 大分子的去除) 、除硫和分离净化。 2 3 1 除脂( 对脂类和有机大分子的去除) 除脂的方法基本分为二种情况：一种是不对脂类进行破坏的脂类分离，一种是对脂类 进行破坏的脂类去除 7 6 】。 不破坏脂类的分离方法大致有： 1 ) 凝胶渗透色谱法【7 0 】( g p c ) ，亦称排阻色谱法( s e c ) ，它是根据试样分子尺寸大小 进行分离的色谱技术。在选择凝胶时，排阻范围必须大于那些被分离的分子的范围。它的 优点是不破坏样品成分，可重复利用，并且可用于含大量脂肪样品的处理。但它也有溶剂 需要量大，仪器试剂价格较高等缺点。 2 ) 吸附柱除脂法，也就是将样品的提取液通过装填吸附剂的柱子的方法来使脂肪和 被测物质分离。用作吸附剂的包括不同目数，不同活化等级的氧化铝【9 0 9 1 1 、硅胶9 2 固4 1 和弗 罗里土【9 5 。1 删等等。一般来讲，活化过的这些物质每约1 0g 有近3 0 0 m g 的脂肪吸附容量。 其他不破坏脂类的分离方法还有透析法【1 0 1 】、乙腈萃取法、低温沉淀法 1 0 2 】等等。 破坏脂类的分离方法大致有： 1 ) 碱皂化法，一般是用强碱溶液和提取液恒温热裕( 约7 0 ) 并不断摇荡，使脂类 物质皂化进入水相而分离，但有报道称这种方法能使一些高氯代的有机物失去氯原子，因 此它对高氯代的p c b s 和一些o c p s 不适用【1 0 3 1 。也有用醋酸锌、氯化钙来除脂的方法，但 这些“锌皂”、“钙皂”会对一些有机氯化合物有吸附作用i 加2 1 。 2 ) 浓硫酸法【1 0 4 1 ，将浓硫酸加入提取液中，震荡后分离，再加入新的浓硫酸重复，直 到浓硫酸颜色不再变化为止，然后用硫酸钠稀溶液洗涤二次，再用无水硫酸钠小柱过滤除 水。整个过程手续繁多，并且易产生乳化现象，造成回收率的降低。也有人将浓硫酸加入 到硅胶里制成不同比例硫酸硅胶的方法来除脂，简化了操作步骤。浓硫酸法是一种有效的 除脂方法，已经证明它对p c b s 影响很小【1 吲，但它会造成一些有机氯农药的破坏，因此它 不能用于那些易氧化破坏的o c p s 的分析。 对于脂类的去除，也有用多种方法连用技术【加1 1 等其它方法，也达到了很好的效果。 2 3 2 除硫 硫元素存在于许多沉积物样品、海洋藻类、一些工业废物和生物体中。硫在不同溶剂 1 2 第二章o c p s 和p c b s 的分析方法概述 中的溶解度与有机氯和有机磷农药很相似，因此，在正常萃取和净化技术中，硫的干扰常 与农药相伴随。硫在气相色谱仪的e c d 检测器和f p d 检测器以及用硫式的c o u l s o n 电导 检测器上有很高的响应，正常条件下用气相色谱分析有机氯化合物，硫的干扰可以完全掩 蔽从溶剂峰到艾氏剂的区域，因此在用带有这些检测器的气相色谱仪检测0 c p s 和p c b s 时，必须除硫。 美国e p a 推荐使用铜、汞、四丁基铵( a ) 一亚硫酸盐来净化除硫【1 嘶】。 1 ) 用铜、汞除硫，铜和汞会降解有机磷和一些有机氯农药，因此在用它们处理提取 液时，处理的时间不要太长，并且要及时的分离，以防止农药的进一步降解。铜必须具有 很强的活性，因此必须除去所有的氧化铜，即使用新制备的铜。汞是一种极毒的金属，因 此，须非常小心使用，在使用汞之前，分析者应熟悉与此金属有关的正确处理和净化技术。 2 ) 用四丁基铵( t b a ) 一亚硫酸盐来净化除硫，四丁基铵( 螅) 一亚硫酸盐对大 部分农药和有机化合物引起的降解作用是很少的。四丁基铵( t 田l a ) 一亚硫酸盐试剂是溶 解3 3 9 9 硫酸氢四丁基铵于1 0 0 m l 试剂水中，为了除去杂质，用2 0 m l 一份的己烷萃取此 溶液3 次，弃去次己烷萃取液，加入亚硫酸钠至水中，至饱和。其除硫过程一般是将提取 液更换溶剂为正己烷，浓缩至1 m l ，加入1 m l 四丁基铵( t b a ) 一亚硫酸盐试剂和2 m l 异丙醇，振摇至少l m i n ，若样品是无色的或未改变初始颜色，且若观察到清晰的晶体( 沉 淀的亚硫酸钠) ，则存在有足够的亚硫酸钠，若沉淀的亚硫酸钠消失了，加入更多的晶体亚 硫酸钠，直到重复振摇后还有固体沉淀存在，再加入5 m l 蒸馏水并振摇至少1 m i ，让样 品放置5 1 0 m i n ，转移上部己烷层。 也有研究者在蔬菜样品的分析中采用高锰酸钾一硫酸氧化法【1 0 2 】，并取得了很好的效 果；b o e w a d t 等用高纯铜粉净化除硫法【7 1 】：朱雪梅等采用铜粉净化，浓硫酸磺化，1 0 脱 活弗罗里土层析等一系列净化步骤除硫，也同样取得了满意的效果【1 0 7 】。 2 3 3 分离净化 分离净化是根据样品的性质和目标分析物的性质将目标分析物与其它的干扰物质分 离开来。常用的方法是吸附柱色谱法，也就是用不同目数，不同活化等级的吸附载体如常 用的氧化铝、硅胶和弗罗里土等等，将极性范围比较窄的目标分析物与不同极性的无关干 扰物分离开来。 1 ) 氧化铝柱净化，氧化铝是一种高度多孔的和粒状的氧化铝，它可用于从不同化学 极性的干扰化合物中分离出待测物，应用于柱色谱法时分为三个p h 范围，碱性( b ) p h ( 9 1 0 ) ，用途：碱性和中性化合物，对于碱、醇类、烃类、甾族化合物类、生物碱类、 第二章0 c p s 和p c b s 的分析方法概述 天然颜料等是稳定的，缺点：可引起聚合、缩合和脱水反应，不能用丙酮或乙酸乙酯作为 洗脱液。中性( n ) ，用途：醛类、酮类、醌类、酯类、内酯类、配糖类。缺点：比碱 性形式活性小很多。酸性( a ) p h ( 4 5 ) ，用途：酸性颜料( 天然的和合成的) 、强酸 类( 在不同情况下对中性和碱性氧化铝有化学吸附的) 。 活性等级：酸性、碱性或中性氧化铝根据b r o c k m 蛐标准，通过向第1 级中( 在4 0 0 4 5 0 加热至不再失水来制备) 加水可以制备成不同的活性等级( i v ) 。加入水量( 重 量) ：o 、3 、6 、1 0 、1 5 ；活性等级：i 、i i 、v 。 2 ) 硅胶净化，硅胶是一种具有弱酸性的无定形二氧化硅的可再生吸附剂，它可从硅 酸钠和硫酸制备而获得，可用作柱色谱并可从不同化学极性的干扰化合物中分离待测物。 活化：在使用之前在一个浅玻璃盘中于1 3 0 活化至少1 6 小时，用于碳氢化合物的分离。 脱活：加入不同比例的纯水，用作具有离子或非离子特性的大多数功能团的吸附剂，包括 生物碱类、糖酯、配糖类、染料、碱金属阳离子、类脂化合物、甘油酯类、甾族化合物、 萜烯化合物和增塑剂类。去活硅胶的缺点是甲醇和乙醇溶剂会降低吸附剂活性。 3 ) 弗罗里土净化，弗罗里土( h o r i s n ) 是f 1 0 r i d i n 公司注册的商品名( 6 7 7 活化的 产品) ，是一种带酸性的硅酸镁载体。一般应用：净化农药残留和其它氯代烃类，从烃类 中分离氮化合物，从脂肪族一芳香族的混合物中分离芳香族化合物，以及对于脂肪类、香 油类和蜡类的类似应用，另外，在分离甾族